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Submitted on 4 Jun 2018
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Caractérisation mécanique In Vitro de tissus mous
Christopher Masri, Grégory Chagnon, Denis Favier, Edouard Girard
To cite this version:
Christopher Masri, Grégory Chagnon, Denis Favier, Edouard Girard. Caractérisation mécanique In
Vitro de tissus mous. MECAMAT 2016, Jan 2016, Aussois, France. �hal-01807463�
CARACTERISATION MECANIQUE IN VITRO DE TISSOUS MOUS C.Masri, G.Chagnon, D.Favier,
Université Grenoble-Alpes, TIMC-IMAG, F-38000 Grenoble, France, CNRS, TIMC-IMAG, F-38000 Grenoble, France. Adresse(s) électronique(s) : christopher.masri@imag.fr, gregory.chagnon@imag.fr, denis.favier@imag.fr
E. Girard, Laboratoire d’Anatomie des Alpes Françaises (LADAF), Faculté de Médecine, Domaine de la Merci F-38706 La Tronche Cedex. Adresse électronique : edouard.girard@imag.fr
Mots clés : caractérisation, essais mécaniques, grandes déformation, anisotropie, hystérésis
1. INTRODUCTION
Le corps humain est composé de plusieurs types de tissus. Les muscles, la graisse, les vaisseaux, le tissu fibreux et le système nerveux périphérique forment le tissu mou. Ce sont des tissus qui ne sont pas composés d'épithélium ni d'os. Ils ont généralement des fonctions de soutient, de connexion ou de support. Dans le domaine de l’ingénierie, la connaissance du comportement mécanique macroscopique de ces tissus apporte une information primordiale dans la conception et l’innovation de solutions de traitement. Il existe différentes méthodes de caractérisation in vivo, certaines non- invasives, comme l’élastographie qui permet d’évaluer l’élasticité d’un tissu (Ophir et al. 1991), et d’autres qui nécessitent un contact avec l’échantillon telle que la nano-indentation (Samur et al. 2007).
Bien que ces méthodes aient l’avantage d’être in vivo, elles sont moins précises que les méthodes de caractérisation classiques in vitro qui permettent de tester les tissus de manière plus rigoureuse. A ce jour, les comportements de nombreux tissus et organes sont déjà connus (Abe et al. 1989).
Le but de ce travail est d’observé le comportement mécanique d’un urètre de sujet anatomique masculin. A ce jour, il existe uniquement des données issues de tissus animaux mais aucune étude n’a encore démontré de ressemblances anatomiques et histologiques avec des tissus humains.
2. PROTOCOLE EXPERIMENTAL
2.1 Description et préparation de l’échantillon
Un urètre de sujet anatomique masculin conservé au formol a été prélevé au laboratoire de la faculté de médecine de Grenoble (LADAF). Le schéma de la figure 1 montre l’échantillon prélevé et rappel brièvement l’anatomie de cette partie du corps humain.
L'urètre masculin s'étend du col vésical à l'extrémité du pénis au niveau du gland (Figure 1-b). Il traverse successivement la prostate (urètre prostatique), le diaphragme urogénital (urètre membraneux) et le corps spongieux (urètre spongieux). Sa longueur varie selon l’âge et l’individu.
Elle est environ de 17 cm à l’état de flaccidité (2-3 cm pour l’urètre prostatique, 2-3 cm pour l’urètre membraneux, et 12 cm pour l’urètre spongieux).
Dans cette étude, seul le comportement mécanique de la partie spongieuse de l’urètre est présenté.
Figure 1. (a) Urètre prélevé ouvert selon la direction longitudinale. (b) Anatomie de l'appareil urinaire masculin
La majorité des tissus humains ayant majoritairement des comportements anisotropes (Fung 1998;
Sacks 2000), un essai de traction plane cyclique a été réalisé dans deux directions de sollicitations différentes : la direction longitudinale et la direction ortho-radiale. L’essai de traction plane est privilégié à l’essai de traction uni-axiale classiquement utilisé à cause de la difficulté de montage des éprouvettes et de la faible raideur du matériau. La section transverse de l’éprouvette étant plus grande l’amplitude du signal de force est plus importante et l’amplitude du bruit devient négligeable. La figure 2 présente la préparation des échantillons et les directions testées. Le fait de faire les essais dans deux directions différentes permet d’observer le comportement anisotrope du tissu.
Figure 2. Préparation des éprouvettes
Les éprouvettes 1 et 2 servent à observer l’urètre lorsqu’il est sollicité dans les directions longitudinales et ortho-radiales respectivement. Le choix des directions est basé sur des observations effectuées sur des urètres de rat (Jankowski et al. 2004) qui montrent qu’il existe une couche de fibres annulaires et une couche de fibres longitudinales.
R e
L L
2πR
90˚
2 mm Eprouvette 1
Eprouvette 1
Eprouvette 2
Eprouvette 2
x y z
(a) (b)
2.2 Montage expérimental
Le bain présenté dans la figure 3 a été conçu pour réaliser des essais mécaniques classiques (traction uni-axiale, traction plane et compression) dans une solution liquide sur une machine de test GABO Eplexor 500N. La température mesurée par le thermocouple asservit la température du bain par le bais d’un correcteur PID.
Figure 3. Montage expérimental
Les essais sont effectués à une température de 37 ± 1°𝐶 dans un bain contenant de la solution saline (NaCl COOPER 9g/L). L’essai présenté dans cette étude est composé de cycles de charge-décharge successifs à des paliers déformations croissants, notamment 10, 20, 30, 40, 50, 75 et 100% de déformation à une vitesse de déformation constante de 30 %/min.
3. RESULTAT
Les résultats observés présentent une hystérésis prononcée. La réponse du matériau varie selon la direction de sollicitation comme l’illustre la figure 4.
Figure 4. Réponse d'un urètre masculin in vitro à une sollicitation cyclique dans deux directions différentes.
Bain thermostaté Capteur de force
Mors mobile Mors fixe Thermocouple
Echantillon
